مهندسان می توانند پروتئین فوق نادر در خون را با استفاده از یک دوربین تلفن همراه آشکار سازی کنندگزارش کامل - وبلاگ جناب خان

به گزارش وبلاگ جناب خان، رویکردهای تجاری برای شناسایی پروتئین فوق حساس در حال تبدیل شدن به حالت در دسترس بودن هستند، اما آنها مبتنی بر اپتیک گران قیمت و کنترل نماینده های مایع هستند، که آنها را نسبتا بزرگ و گران می نماید. دانستن این که داشتن این نوع سیستم تشخیصی به عنوان یک وسیله مراقبتی در دسترس است برای بسیاری از شرایط، مخصوصا آسیب های مغزی، بسیار مهم است. مهندسین آزمایشاتی را انجام داده اند که از چیزهای دم دستی استفاده می نمایند و می توانند پروتئین های تکی را با نتایج به دست آمده در عرض چند دقیقه تشخیص دهند.

شرح تصویر: سیستم تشخیص محققان از یک دوربین تلفن همراه استاندارد برای ضبط ویدیو از میکرو قطرات همان طور که آنها از کنار لنز عبور می نمایند استفاده می نماید. نشانگرهای فلورسنت را می توان با تطابق آنها با الگوی نوری مواجی که نور آنها را روشن می نماید به صورت جداگانه شناسایی کرد.

یکی از مرزهای تشخیص پزشکی، نژاد برای آزمایش های حساس تر خونی است. توانایی تشخیص پروتئین های بسیار نادر می تواند برای بسیاری از شرایط، از جمله تشخیص زودهنگام سرطان های خاص و یا تشخیص آسیب های تروماتیک مغز، به طور زندگی بخشی متفاوت باشد، در حالی که نشانگرهای حیاتی مربوطه فقط در مقادیر کم و رو به کاهش ظاهر می شوند.

روینمودهای تجاری برای شناسایی پروتئین های فوق حساس در حال تبدیل شدن به موارد در دسترس هستند، اما آنها مبتنی بر اپتیک گران قیمت و کنترل نماینده های مایع هستند، که آنها را نسبتا سنگین و گران می نماید و استفاده از آنها را به تنظیمات آزمایشگاهی محدود می نماید.

با دانستن این که داشتن این نوع سیستم تشخیصی به عنوان یک دستگاه مراقبتی برای بسیاری از شرایط، مخصوصا آسیب های مغزی آسیب پذیر، حیاتی است، مهندسین دانشگاه پنسیلوانیا، یک آزمایش را انجام می دهند که از مؤلفه های دم دستی استفاده می نماید و می تواند پروتئین های تکی را تشخیص دهد با نتایجی در عرض چند دقیقه، در مقایسه با گردش کار سنتی، که می تواند روزها طول بکشد. روینمودهای تجاری برای شناسایی پروتئین فوق حساس در حال تبدیل شدن به حالت در دسترس بودن هستند، اما آنها مبتنی بر اپتیک گران قیمت و کنترل نماینده های مایع هستند، که آنها را نسبتا بزرگ و گران می نماید.

تیم، با استفاده از یک دوربین تلفن همراه استاندارد و مجموعه ای از چراغ های ال ای دی چشمک زن ترکیب شده با فراوری نماینده های قطره های ریز میکرو سیال آزمایشگاه آنها، سیستمی را توسعه داده است که هزار بار حساس تر از آزمون پروتئین استاندارد است، و قابل حمل و نقل دستی است، و به نحو قابل ملاحظه ای مقرون به صرفه تر است از تست های جاری روزآمد تک پروتئینی که در ابتدا به بازار عرضه شدند.

محققان به رهبری دیوید ایسیادور، استادیار گروه مهندسی مهندسی پنی و مهندسی Venkata R. Yelleswarapu، سیستم خود را در یک مطالعه منتشر شده در مجموعه مقالات آموزشگاه ملی نشان دادند.

تست تشخیص پروتئین استاندارد، ELISA، شامل اتصال آنتی بادی به پروتئین مورد نظر، و سپس اندازه گیری اندازه رنگ نمونه در پاسخ به آنزیم های مرتبط با آنتی بادی ها می گردد. این فرایند به اندازه کافی سریع و ساده است که در دستگاه های مراقبتی نظیر آزمایشات HIV در خانه گنجانده گردد، اما فقط زمانی کار می نماید که پروتئین ها در غلظت های زیادی هستند.

در حال حاضر نشانگرهای حیاتی خیلی کمی برای آسیب های مغزی وجود دارد زیرا تعداد بسیار کمی از نشانگرهای پروتئینی این آسیب ها راه خود را از میان مانع های خون مغزی باز می نمایند. محققان پزشکی اخیرا تأیید نموده اند که هر یک از این نشانگرها می توانند برای آزمایش خون مورد استفاده قرار بگیرند و با توجه به غلظت بسیار کم آنها، این آزمون احتیاج به حساسیت بیشتری نسبت به آرایه ELISA استاندارد دارد.

ایزادور می گوید: با یک هزار برابر حساسیت بیشتر، منظور این است که اگر ما فقط یک شیشه کوچک از پروتئین های مربوطه داشته باشیم، می توانیم آن پروتئین ها را دقیق بشمریم، در حالی که یک آزمایش سنتی نمی توانست به راحتی به ما تفاوت بین این آمپول خون و یکی که هیچ پروتئینی در آن موجود نیست را بگوید. همان طور که تعداد پروتئین ها را افزایش می دهید، آزمایش سنتی در نهایت می تواند آنها را تشخیص دهد، اما ما می توانیم تعداد پروتئین ها را در غلظتی هزار بار کمتر از مال آنها بشمریم. دانستن این که داشتن این نوع سیستم تشخیصی به عنوان یک وسیله مراقبتی در دسترس است برای بسیاری از شرایط، مخصوصا آسیب های مغزی، بسیار مهم است.

روش ایزادور با اندازه گیری یک پروتئین در هر نوبت با تجزیه نمونه به میکرو قطرات، که هر کدام حاوی یک پروتئین تکی هستند یا هیچ پروتئینی ندارند، کار می نماید. تخصص آزمایشگاه او در میکرو سیالات، باعث فراوری میکروچیپ ها با حکاکی از طریق صدها فراوری نماینده ریز قطره که همگی به طور موازی در حال کار هستند شده است.

ایزادور می گوید: به طور معمول، شما باید دقیقا اندازه گیری کنید که چه اندازه از یک نمونه تغییر رنگ یا تابندگی می دهد، اما در اینجا ما آنرا به ده ها میلیون سوال بله یا خیر تغییر داده ایم. دیجیتالی کردن این سؤال، هزینه دوربین و تجهیزات کار کردن با مایعات اطراف آن را کاهش می دهد، اما مشکل را به نحوه پردازش ده ها میلیون از این سوالات، به گونه ای قابل بازیابی، دقیق، مقرون به صرفه و قابل حمل منتقل می نماید.

در حالی که یک دوربین دم دست می تواند تشخیص دهد که آیا یک میکرو قطره حاوی یک پروتئین حاوی نشانگر فلورسنت هست یا خیر، چالش بزرگ این بود که سرعت را افزایش دهیم. آشکارسازهای قطبی دیجیتال قطرات را به صف می نمایند تا بتوانند در یک زمان آنها را اندازه گیری نمایند. چنین سیستمی دقیق، اما بزرگ و گران است. آنها بعلاوه به علت احتیاج به نظارت میلیونها قطره در یک زمان، توانایی محدودی دارد.

Yelleswarapu می گوید: سرعت یک هزار قطره در ثانیه، که اندازه فراوری فن آوری های متعارف است، هنوز، اگر شما احتیاج به اندازه گیری 50 میلیون دارید، بسیار کند است. مهندسین آزمایشاتی را انجام داده اند که از چیزهای دم دستی استفاده می نمایند و می توانند پروتئین های تکی را با نتایج به دست آمده در عرض چند دقیقه تشخیص دهند.

محققان به جای استفاده از یک کانال تکی، قطرات را از صدها کانال جریان می دهند که همزمان از کنار دوربین عبور می نمایند. با این حال، سرعت در تنگراه آن چنان هست که دوربین بتواند داده ها را ضبط کند.

Yelleswarapu میگوید: به طور متعارف، این قاعدتاً باید کار نکند زیرا زمان در معرض گذاری که شما از یک دوربین معمولی به دست می آورید آن چنان است که سیگنال های به دست آمده از دو قطره کنار یکدیگر همپوشانی دارند. یک دوربین تلفن همراه حدود صد تصویر در یک ثانیه می تواند بگیرد، و این برای این که به نحوی مفید این قطره ها را تجزیه و تحلیل کنیم خیلی آهسته است. اما شما می توانید از همان دوربین به نحو مفیدی بهره ببرید به شرطی که منبع نور چشمک زنی که شما برای روشن کردن قطره استفاده می کنید هزار بار سریعتر از فریم دوربین باشد.

منبع گزارش:

مطالب ارائه شده از طریق دانشگاه پنسیلوانیا.

برگرفته از مجله:

Venkata Yelleswarapu، جاشوا R. Buser، مارگالیت هابر، جاناتان بارون، Eshvar Inapuri، دیوید Issadore. پلت فرم موبایل برای تشخیص سریع پروتئین قطره سریع برای چند میلی لیتر، چند منظوره، قطب نما. مجموعه مقالات آموزشگاه ملی علوم، 2019؛ 201814110 DOI: 10.1073 / pnas.1814110116

مترجم: علی رضایی میر قائد